La savante organisation des plumes des oiseaux
Publié par Adrien le 23/02/2019 à 08:00
Source: Université de Genève
Des chercheurs de l'UNIGE et d'Édimbourg ont découvert comment des signaux génétiques et mécaniques se combinent pour permettre la formation d'un réseau organisé de plumes chez les oiseaux, leur permettant de voler.

Comment se forment les plumes et qu'est-ce qui détermine leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et leur disposition ? Jusqu'à présent, les moyens technologiques ne permettaient pas d'étudier la formation du plumage des volatiles. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Genève (UNIGE) et de l'Université d'Édimbourg (Ecosse) ont pu démontrer que la signalisation génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) entre les cellules et des processus mécaniques se combinent pour former dans la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) des volatiles une ligne de propagation, le long de laquelle les ébauches de plumes se développent. Il en résulte un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un...) hexagonal très ordonné de plumes. Les chercheurs relèvent également que cette vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant de quelques centimètres à 34 m...) de développement n'existe pas chez d'autres oiseaux, tels les émeus et les autruches, ayant perdu leur capacité de voler. Des résultats à lire dans la revue PLOS Biology.


Image d'un embryon de poulet (Un poulet est une jeune volaille, mâle ou femelle, de la sous-espèce Gallus gallus domesticus, élevé pour sa chair.) avec les placodes en formation. © Athanasia Tzika

Les plumes sont une caractéristique propre aux oiseaux, héritées de leurs lointains ancêtres dinosaures. Elles sont disposées selon un motif hexagonal précis, mais on ignorait comment celui-ci se mettait en place. "La formation des plumes a été étudiée pendant plus de 50 ans comme un modèle pour comprendre comment des tissus simples interagissent pour produire des organes, explique Denis Headon, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) Roslin de l'Université d'Édimbourg et directeur de l'étude. Avec les nouvelles technologies, nous pouvons à présent observer le processus de développement des plumes, ce qui nous permet de mieux comprendre comment le corps embryonnaire de l'oiseau (Un oiseau (ou classe des Aves) est un animal tétrapode appartenant à l'embranchement des vertébrés. S'il existe près de 10 000 espèces d'oiseaux, très différentes tant par leur...) produit une anatomie (L'anatomie (provenant du nom grec ἀνατομία anatomia, provenant du verbe ἀνατέμνειν...) complexe par le mouvement et la signalisation des cellules entre elles."

Des vagues régulières de plumes

Grâce à des méthodes innovantes d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit...), les scientifiques ont analysé les premiers stades du développement des plumes chez diverses espèces d'oiseaux avant leur éclosion. Ils se sont d'abord focalisés sur des embryons de poules et de canards pour suivre des cellules individuelles pendant le processus de développement du plumage. "Nous avons observé que durant la formation de l'embryon de l'oiseau, les plumes se forment d'abord en ligne le long du milieu du dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie du corps consistant en les vertèbres et les côtes. Les dorsaux étaient les...), détaille Michel Milinkovitch, professeur au Département de génétique et évolution de la Faculté des sciences de l'UNIGE. Puis, des lignes de nouveaux bourgeons de plumes sont ajoutées séquentiellement suivant un motif hexagonal régulier, grâce au déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture...) de la ligne dorsale sur les flancs."

Deux voies de signalisation moléculaires sont responsables de cette disposition: le facteur de croissance des fibroblastes (FGF) et les protéines morphogénétiques osseuses (BMP). Une troisième voie de signalisation, nommée EDA, dirige le déplacement de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi de la...) de structuration des plumes.

Et l'autruche ?

Curieusement, les biologistes ont découvert que contrairement à ceux des canards et des poules, les embryons d'émeu et d'autruche ne présentent pas une onde mobile de développement des plumes. "Nous avons observé que l'absence de cette vague de développement génère une disposition désordonnée des plumes, s'étonne Athanasia Tzika, chercheuse au Département de génétique et évolution de la Faculté des sciences de l'UNIGE et co-auteur de la publication. Ceci est probablement dû à l'inexistence du vol chez ces espèces depuis des millions d'années, créant petit à petit l'absence d'une disposition hautement ordonnée des plumes."

Un poulet au plumage allégé

"Une des raisons qui nous pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) à nous intéresser à la formation des plumes, c'est que la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence...) du plumage affecte la tolérance des oiseaux à la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !)," précise Michel Milinkovitch. En effet, la plupart des races commerciales de poulets ont trop de plumes pour supporter des températures très élevées, ce qui a un impact important pour l'élevage dans les pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la...) à faibles revenus, dont beaucoup ont un climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se...) tropical et une demande croissante de volaille (Une volaille est un oiseau domestique, appartenant généralement aux gallinacés ou aux palmipèdes, élevé pour sa chair ou ses œufs, soit en basse-cour traditionnelle,...). "Comprendre les signaux impliqués dans la formation des plumes permettra de développer des races plus résistantes à la chaleur, en adaptant la densité des plumes aux climats tropicaux chez les oiseaux d'élevage", conclut Denis Headon.
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